nucleationsbasierte

Nucleationsbasierte Prozesse oder Ansätze bezeichnen Vorgänge, bei denen die Entstehung einer neuen Phase oder eines neuen Aggregats durch einen kritischen Nukleationsschritt initiiert wird. Zentral ist die Nukleation, der Sprung von einem bestehenden Zustand zu einer neuen Struktur, der homogena oder heterogene Natur sein kann. Wichtig ist die Nukleationsrate, die von Faktoren wie Temperatur, Supersättigung, Konzentration, Oberflächenenergie und dem Vorhandensein von Kristallisationskeimen abhängt.

In der Wissenschaft werden nucleationsbasierte Modelle häufig genutzt, um Phasenübergänge, Kristallisationen oder die Bildung von Partikeln zu verstehen. Die klassische Nukleationstheorie (CNT) liefert eine grundlegende Beschreibung, stößt aber bei komplexen Systemen oft an Grenzen. Erweiterungen berücksichtigen oft mehrstufige oder nichtklassische Mechanismen, wie zweistufige Nukleation oder den Einfluss von Organismen, Porenstrukturen oder Seeding. Unterschiedliche Formen der Nukleation, etwa homogen im Lösungsmilieu oder heterogen an Oberflächen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Mikrostrukturgestaltung.

Anwendungsgebiete liegen in der Materialwissenschaft, der chemischen Verfahrenstechnik, der Aerosol- und Wolkenphysik, der Biologie (Protein- und Biomineralisation) sowie der Nanotechnologie. Durch kontrollierte Nukleation lassen sich Kristallgrößen, -formen und Reaktionsgeschwindigkeiten gezielt beeinflussen. Methoden zur Steuerung umfassen Temperaturprofile, Lösungsmittelwahl, Impfsysteme, Keimeingebung sowie Prozessführung, um die Nukleationsrate und -orte gezielt zu beeinflussen.

Kritisch ist die Herausforderung, Nukleationsprozesse experimentell und theoretisch zuverlässig abzubilden, da sie oft zeitlich und räumlich skaliert sind. Nichtklassische Mechanismen und komplexe Umgebungen erfordern fortschrittliche Modelle und Messmethoden.